CN111828622B - 静液式轴向活塞泵、静液式行驶驱动器以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可调节的行程体积的静液式轴向活塞泵,用于在液压回路中与静液式行驶驱动器的液压马达流体连接,其中为了调节行程体积设置有调节单元,调节单元具有带有第一调节压力室的调节气缸,在调节单元中通过第一减压阀可调节第一调节压力,该第一调节压力与第一减压阀的第一电磁体上的第一电流有关,其中设置有电子控制装置,与要求的速度相关的第一电流的模型存储在电子控制装置中。此外,本发明还公开了具有轴向活塞泵的静液式行驶驱动器和用于控制轴向活塞泵和/或行驶驱动器的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于移动做功机械的静液式行驶驱动器的静液式轴向活塞泵、静液式行驶驱动器以及用于控制轴向活塞泵的方法。
背景技术
尤其用于移动做功机械的静液式行驶驱动器是已知的,其中静液式轴向活塞泵和一个或多个静液马达在闭合的静液回路中相互连接。泵由驱动机器、例如内燃机、尤其柴油发动机、电机或混动驱动器驱动,并且马达又例如驱动移动做功机械的轮或轴或链。
轴向活塞泵经常在其行程体积中是可调节的。因此,在驱动机器的恒定的转速中例如可以改变在闭合的回路中输送的压力介质体积流量,从而可以调节马达的输出转速和因此调节移动做功机械的行驶速度。
从现有技术已知了输出转速调节和伴随轴向活塞泵的行程体积的调节回馈的调节器(所谓的EP泵)。在此,在斜盘结构方式中的轴向活塞泵的情况下,回馈(rueckfuehren)斜盘的实际枢转角。
从现有技术也已知了用于轴向活塞泵的与转速相关的(DA)调节单元,其中调节阀产生调节压力,调节压力与轴向活塞泵的驱动转速和液压回路中的工作压力有关。调节压力通过可电磁操纵的4/3换向阀输送给轴向活塞泵的调节气缸的两个起相反作用的调节腔。通过调节压力与工作压力的相关性提供负载敏感性,其对于行驶驱动器的要求的速度受控的运行来说可能是不利的。
对轴向活塞泵的输送体积的备选的控制作为直接电气受控的调节(ET)已知。在此,针对轴向活塞泵的调节气缸的两个相互起相反作用的调节压力室的每个调节压力室设置了分别一个可独立地电气受操控的减压阀。在此,每个减压阀与轴向活塞泵的一个流动方向相对应。由减压阀调节的相应的调节压力与操控的预选的电流强度成正比。在此也适用的是,输送体积不仅与操控电流有关、而且也与转速和工作压力有关。
在ET或DA调节的泵上不利的是,在负载改变的情况下不能实现准确的速度控制。
在使用EP调节的泵时,通过实际枢转角的机械回馈形成高的成本以及在调试时用于补偿枢转架(Schwenkwiege)上的复位力的附加的费用。
ET调节的泵可以补充地设置有用于补偿干扰参量的预控制。然而在此也难以实现准确性,因为参数和特性曲线没有以足够的准确性已知。形成在调试时高的参数化费用。
如果使用具有附加的调节(用于补偿干扰参量)的ET调节的泵,那么调节的动态是很小的。此外,测量装置必须针对枢转角设置。
针对ET调节的泵也可以组合提到的预控制和调节。然而,测量装置的故障则导致速度控制的减小的准确性。如果部件磨损,那么可以改变行驶驱动器的行驶特性。此外,在调试时的参数化费用是很高的。
发明内容
与此相对,本发明的任务在于,提供用于移动做功机械的速度受控的静液式行驶驱动器的静液式轴向活塞泵,其在负载改变时、在同时很小的设备技术费用的情况下能够实现稳定的速度控制。此外,该任务是提供相应的静液式行驶驱动器以及用于控制轴向活塞泵、尤其静液式行驶驱动器的方法。
第一任务通过本发明的静液式轴向活塞泵解决,第二任务通过本发明的静液式行驶驱动器解决,并且第三任务通过本发明的方法解决。
本发明的另外的有利的设计方案在下面的说明书中分别描述。
用于速度受控的静液式行驶驱动器的轴向活塞泵具有可调节的行程体积,并且设置用于在尤其闭合的液压回路中与液压马达流体连接。为了调节轴向活塞泵的行程体积设置调节单元,调节单元具有带有第一调节压力室的调节气缸,在调节单元中通过第一减压阀可调节第一调节压力。该第一调节压力与第一减压阀的第一电磁体上的第一电流有关。此外设置有电子控制装置,与行驶驱动器的要求的速度直接或间接相关的第一电流的模型存储在电子控制装置中。根据本发明,轴向活塞泵具有学习和/或调整装置,学习和/或调整装置设计为,使得通过学习和/或调整装置根据行驶驱动器的第一电流和与之可相对应的或相对应的实际速度可以调整模型、尤其模型的至少一个参数或特性曲线。
在学习或调整阶段期间,通过学习和调整效应可以使模型越来越地细化,从而其变得越来越精密。这可以涉及,可以在一定程度上或甚至完全放弃调节。伴随的是,可以实现高的精密性和行驶动态,并且同时减小调节回路的振荡危险,或使其为零,这导致更高的系统稳定性。在完全取消调节时,甚至可以放弃以为此常规的方式需要的检测装置或估计装置,这减小了费用。此外,学习和/或调整装置能够通过学习正确的特性曲线或模型参数实现在调试时减小的费用。
尤其还为了实现沿相反的方向的速度受控的行驶和/或至少沿两个行驶方向中的一个的拖拽运行,在改进方案中,调节气缸具有与第一调节压力室相反作用的第二调节压力室,在第二调节压力室中,可以通过第二减压阀以提到的方式调节第二调节压力,第二调节压力与第二减压阀的第二电磁体上的第二电流有关。在此,存储在电子控制装置中的模型附加地包含与要求的速度直接或间接相关的第二电流的模型。此外,调整装置优选设计为,通过调整装置根据第二电流和与之可对应的或对应的实际速度可以调整第二电流的模型、尤其该模型的至少一个参数或特性曲线。因此也针对其他的行驶方向和所有可能的牵引和拖拽运行方向或类型得到已经提到的优点。
随后的改进方案由于概览的原因优选关于第一调节压力室、第一减压阀、第一调节压力、第一电流、第一电磁体和第一电流的模型表述。但这些改进方案显然备选地或补充地也适用于第二调节压力室、第二减压阀、第二调节压力、第二电流、第二电磁体和第二电流的模型。
在改进方案中,轴向活塞泵具有调节装置,通过调节装置可调节实际速度与要求的速度的偏差。备选地或补充地,通过调节装置可以调节检测到的或估计的实际值(实际速度与其相关)与和实际值可对应的或对应的要求的值的偏差。如果轴向活塞泵以斜轴或斜盘结构方式实施,那么估计的实际值尤其是轴向活塞泵的实际枢转角。要求的值则尤其是要求的枢转角。
换言之,调节装置可以设计为,使得其调节干预作用于速度平面和/或枢转角或挤压体积平面。
尤其当液压马达的特征值存储在控制装置中时,要求的枢转角在一个变型方案中可以从要求的速度和轴向活塞泵和液压马达的体积流量平衡确定,并且在补充的或备选的变型方案中可以从特征曲线获知。最后提到的变型方案能够考虑到轴向活塞泵和液压马达的泄漏和因此考虑到效率。
提到的平衡针对要求的速度vsoll和轴向活塞泵的由此产生的要求的枢转角αp,Soll是:
针对实际速度vist和由此产生的估计的实际枢转角αp,Est,平衡类似地是:
在改进方案中,调节装置的输入参量是要求的枢转角,以及轴向活塞泵的从平衡或特性曲线估计的实际枢转角。
为了估计轴向活塞泵的实际枢转角,在改进方案中设置了“观察器”或估计装置,在其中存储有提到的平衡或用于评估的特性曲线。备选地或补充地可以设置用于检测轴向活塞泵的实际枢转角的检测装置,这导致比估计更精密的结果。
在改进方案中,调节装置和控制装置关于第一电流的第一输出值通过第一算子(Operator)结合(verknuepfen)或可结合为第一电流。因此,第一输出值通过第一算子补充或相加为第一电流。备选或补充地,第二输出值通过第二算子结合或可结合为第二电流,从而第二输出值补充或相加为第二电流。
在改进方案中,调整装置设计为,使得通过调整装置、根据第一电流和与其可对应的或对应的实际速度也可以调整调节装置的模型、尤其该模型的至少一个参数或特性曲线。备选地或补充地,调整装置设计为,使得通过调整装置、根据第二电流和与其可对应的或对应的实际速度可以调整调节装置的模型、尤其该模型的至少一个参数或特性曲线。
在改进方案中,调整装置设计为,使得通过该调整装置可以调整控制装置的模型和调节装置的模型,从而调节装置的第一输出值可以最小化,接近零或是零。备选地或补充地,调整装置设计为,使得通过调整装置可以调整控制装置的模型和调节装置的模型,从而调节装置的第二输出值可以最小化,接近零或是零。
在改进方案中,调节装置可以自动化地或通过操作者被去激活,尤其在调整运行或调试之后被去激活。调节装置优选具有备用模式。该备用模式尤其具有对偏差的连续控制,从而在偏差的预先确定的阈值以上随时能够实现调节装置的(重新)干预。
在改进方案中,调节装置可以自动化地或通过操作者被去激活,尤其在调整运行或调试之后被去激活。调节装置优选具有备用模式。该备用模式尤其具有对偏差的连续控制,从而例如在轴向活塞泵、液压马达和/或液压回路的取决于寿命的老化的情况下,随时能够(重新)开始对一个模型或多个模型的调整。
在改进方案中,用于调整的调整装置具有至少与第一电流和可对应的或对应的实际速度相关的中断条件。备选地或补充地,用于调整的调整装置具有至少与第二电流和可对应的或对应的实际速度相关的中断条件。
在改进方案中,相应的模型分别具有静态部分和动态部分,其中调整装置可以适当地作用于这些部分的一个或两个。
轴向活塞泵优选具有至少一个用于检测要求的速度的操作元件、尤其行驶踏板或行驶操纵杆,或至少一个用于提到的操作元件的接口。此外可以设置另外的操作元件、如行驶方向开关、行驶区域选择开关、缓动踏板(Inch-Pedal)或巡航控制器或相应的接口。
优选地,调整装置、控制装置和必要时调节装置和/或观察器尤其在结构上和/或逻辑上概括为控制单元。
优选地,一个或多个上述的接口设置在控制单元上。
优选地,控制单元具有尤其与一个或多个接口连接的或信号连接的解释或获知装置,通过解释或获知装置可以解释行驶踏板和/或其他的操作元件的位置,由此可以推导出要求的速度。
在改进方案中,液压马达具有恒定的排挤体积,由此,上述的平衡和估计可以比较简单地实施。备选地,液压马达具有可调节的排挤体积。为了实施平衡,则优选设置了用于排挤体积的附加的检测装置和/或用于估计排挤体积的估计装置。
尤其用于移动做功机械的速度受控的静液式行驶驱动器具有根据之前的描述的至少一个方面设计的轴向活塞泵。轴向活塞泵与液压马达在尤其闭合的液压回路中流体连接,并且与驱动机器、尤其内燃机耦合或可耦合。液压马达与驱动器、尤其轮、轴或链耦合或可耦合。
用于控制根据之前的描述的至少一个方面设计的轴向活塞泵的方法至少具有如下步骤:“基于模型地获知与要求的速度对应的第一电流”,以及“因此操控第一电磁体”。根据本发明,该方法具有步骤“至少根据实际速度和第一电流调整模型”。
补充地,该方法优选具有之前的步骤“检测要求的速度”以及步骤“检测实际速度”。
在该方法的改进方案中实现步骤“基于模型地调节由要求的速度和实际速度构成的差,或与速度相关的差”。
在该方法的改进方案中实现步骤“至少根据实际速度和第一电流调整一个模型或多个模型,从而直到尤其根据预先确定的中断条件可以取消调节”。
在该方法的改进方案中实现步骤“根据预先确定的中断条件使调节装置去激活,和/或根据预先确定的中断条件使调节装置去激活”。
附图说明
根据本发明的静液式轴向活塞泵、实施有该静液式轴向活塞泵的行驶驱动器以及用于控制轴向活塞泵的方法的实施例在附图中示出。现在借助附图详细阐述本发明。
其中:
图1示出了根据实施例的根据本发明的轴向活塞泵的液压电路图;
图2示出了根据本发明的具有根据图1的轴向活塞泵的行驶驱动器的逻辑电路图和在基于枢转角的调整运行中的存储在其中的根据本发明的方法;
图3示出了根据本发明的根据图2的行驶驱动器的逻辑电路图和在基于速度的调整运行中的存储在其中的根据本发明的方法;和
图4示出了根据本发明的根据图2和3的行驶驱动器的逻辑电路图和在纯受控的运行中的存储在其中的根据本发明的方法。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的轴向活塞泵1的实施例的电路图。仅描述了轴向活塞泵的对于本发明来说重要的部件。轴向活塞泵具有壳体2,在壳体上形成两个工作接口A、B,闭合的回路的(未示出的)工作线路分别连接至工作接口。因此,利用流体连接至回路的(未示出的)液压马达形成根据本发明的用于(未示出的)移动做功机械的静液式行驶驱动器。
轴向活塞泵1实施有斜盘4,斜盘的枢转角αp可以通过调节单元6调节。为此使用双重作用的调节气缸8,调节气缸具有第一调节压力室101和相反作用的第二调节压力室102。
第一控制压力pst1在第一调节压力室101中朝增大枢转角αp的方向作用,并且因此朝增大轴向活塞泵1的行程体积Vp的方向作用。第二调节压力pst2在第二调节压力室102中朝减小枢转角αp的方向相反地作用,并且因此朝减小轴向活塞泵1的行程体积Vp的方向相反地作用。在此可以定义调节压力差Δpst= pst1-pst2,其中调节压力差Δpst根据定义在实施例中始终朝增大枢转角αp或行程体积Vp的方向作用。
通过轴向活塞泵1的驱动轴12驱动轴向活塞泵的传动机构14并且此外也驱动进料泵16。驱动轴12由(未示出的)柴油发动机驱动,并且以转速np旋转。转速np和调节压力差Δpst一起朝增大枢转角αp的方向作用。更准确的说,转速np的增大以该方式起作用。
轴向活塞泵1的特性在电子控制单元18中存储为公式和/或特性曲线或特征曲线。
此外测量转速np和调节压力差Δpst和高压HD。因此,可以操控根据本发明的轴向活塞机器1的运行点,而不会为此需要在调节回路的意义中的反馈。
两个调节压力pst1、pst2通过两个减压阀201、202控制。减压阀分别具有电磁体a、b,电磁体通过相应的电线路221、222与电子控制单元18连接。
两个减压阀201、202设计为,使得相应的调节压力pst1、pst2与相应的电流强度I1、I2成正比。
两个减压阀201、202在输入侧由进料泵16通过进料压力线路24供应。
图2示出了具有根据图1的轴向活塞泵1的静液式行驶驱动器26的逻辑电路图,其中简化为之前提到的部件、即调节单元6、调节气缸8、传动机构14和控制单元18地示出轴向活塞泵。行驶驱动器26具有行驶驱动系28以及操作者界面30。行驶驱动系28包含在其行程体积Vp=f(αp)中可调节的轴向活塞泵6、8、14和设计有恒定的排挤体积VM的液压马达32。两者如之前描述的那样布置在闭合的液压回路中。行驶驱动系28此外具有用于检测行驶速度的实际值vist的检测装置34。
操作者界面30(HMI)为了定义速度要求具有行驶踏板36、缓动踏板38、巡航控制器40和另外的操作元件42。
控制单元18具有解释装置44,用于将操作者的速度要求转换为速度预定值或要求的速度vsoll。控制单元18此外具有计算装置46,用于从要求的速度vsoll计算出根据图1的轴向活塞泵1的要求的枢转角αp,Soll。
此外,控制单元18具有控制装置48、与控制装置可叠加的或叠加的调节装置50、调整装置52以及估计装置54。
根据图2偏转行驶踏板36,行驶踏板与解释装置44信号连接。解释装置将驾驶员期望转换为要求的速度vsoll,该要求的速度进入计算装置46。在此,在假设具有恒定的排挤体积VM的恒定马达32的情况下计算出相应的额定枢转角αp,Soll。额定枢转角进入控制装置48和调节装置50。第一电流I1与要求的枢转角αp,Soll有关、即间接与要求的速度Vsoll有关的特性曲线和分别一个模型存储在两个装置48、50中。装置48、50从相应的模型和特性曲线确定关于控制(“feed-forward”)的第一输出值I1ff和关于调节(“feed-back”)的第一输出值I1fb。两个输出值I1ff和I1fb随后在第一算子56上相加为第一电流I1。第一电流通过电线路221根据图1操控第一电磁体a,并且在那里通过由此操控的第一减压阀201导致第一调节压力空间(101)中的第一调节压力pst1。由此,在根据图2的轴向活塞泵6、8、14上产生实际枢转角αpist,其在轴向活塞泵和驱动机器的转速np中导致压力介质体积流量Qp。由此,通过上述的平衡、在液压马达32上产生输出转速nM,其与实际速度vist成正比。实际速度由检测装置34检测并且报告至估计装置54。估计装置估计实际枢转角,因为该实际枢转角没有被检测。估计的实际枢转角被称为αpest。除了枢转角的额定值αpsoll以外,实际枢转角作为第二输入参量进入调节装置50。以该方式可以放弃对实际枢转角αpist的昂贵的检测,并且仍然发生调节。此外,实际速度vist与它所基于的第一电流I1一起进入调整装置52。存储在那里的学习和调整算法在此期间改变存储在装置48和50中的模型的模型参数和/或第一电流I1的特性曲线,从而随着调整的增加,调节装置50的第一输出值I1fb变得越来越小、即调节减小。
调整装置52优选设计为,在调整运行期间产生在模型的所使用的和实际存在的参数之间的越来越好的一致性。
以该方式,在轴向活塞泵1的控制中也可以考虑到部件的老化效应。产生始终良好的行驶特性。
通过对特性曲线和/或参数的所描绘的调整,借助控制装置48的控制尤其继续得到改进,从而从一定的时间点或中断标准开始,可以完全放弃通过调节装置50的调节。该情况在图4中示出。调节装置50和调整装置52以及估计装置54随后被去激活(在图中未示出)。
由于随后仅进行控制并且不再进行调节,因此轴向活塞泵和行驶驱动器具有例如防止传感器故障的耐用性。在该情况下,则可以放弃测量实际速度vist。放弃传感器应予以高度评价,因为随时可能发生的传感器故障通常会对速度控制产生非常不利的影响。
为了学习所需的参数和特性曲线,在学习和调整阶段中,用于实际速度vist的传感器和用于实际枢转角αist的枢转角传感器的暂时的使用然而可以证实为有意义的,以便缩短学习和调整阶段。
对参数和/或特性曲线的调整可以通过步骤“局部调整特性曲线中的点”和/或步骤“移动特征曲线”来进行。特征曲线移动的优点是,也一起适配没有在运行中驶向的点。为此需要一个模型方案,其例如描述了待估计的参量和枢转角的线性关系。在特征曲线移动上可能不利的是,如果假设的关系(例如线性关系)是不适用的,那么会出现一些点的恶化。
图3示出了根据图2的行驶驱动器26的变型方案,其中取消从要求的速度vsoll获知枢转角αpsoll,并且取消从实际速度vist获知估计的实际枢转角αpest,因为控制装置48和调节装置50直接与速度相关地起作用,即没有从速度v重建枢转角α。在该情况下,实际速度vist直接进入调节装置50,并且额定速度vsoll直接进入控制装置48和调节装置50。
本发明的优点是通过取消EP调节的泵实现的简化和成本减小、通过精密的速度序列改进的功率、减小的调试费用(因为独立地调节和学习所需的参数)、提高安全性(因为仅暂时需要测量技术检测,并且在调试后能够实现纯受控的运行),以及在持续使用调整装置52的情况下实现在使用寿命内保持不变的机器特性(因为通过调整参数和/或特性曲线在车辆控制中对磨损效应进行补偿)。
公开了用于静液式行驶驱动器的轴向活塞泵,具有液压可调节的行程体积和用于行程体积的调节单元,其中调节单元的调节压力与调节电流成正比地起作用,行程体积与调节压力相关,并且体积流量和行驶速度与调节压力间接相关。在此设置了控制装置,调节电流的与要求的速度有关的特性曲线和/或模型存储在控制装置中。根据本发明设置了学习和/或调整装置,通过学习和/或调整装置,根据调节电流和与调节电流可对应的或对应的实际速度可以调整模型和/或特性曲线。
此外公开了一种具有轴向活塞泵的静液式行驶驱动器。此外公开了一种具有这种静液式行驶驱动器的移动做功机械、尤其市政车辆、轮式装载机、农业机械、例如喷洒机或联合收割机等。此外公开了一种用于控制轴向活塞泵和/或行驶驱动器的方法。
Claims (15)
1.用于速度受控的静液式行驶驱动器(26)的静液式轴向活塞泵,所述静液式轴向活塞泵具有能调节的行程体积(Vp),并且设置用于在液压回路中与液压马达(32)流体连接,并且所述静液式轴向活塞泵为了调节行程体积(Vp)具有调节单元(6),所述调节单元具有带有第一调节压力室(101)的调节气缸(8),在所述调节单元中通过第一减压阀(201)能够调节第一调节压力(pst1),所述第一调节压力与第一减压阀(201)的第一电磁体(a)上的第一电流(I1)有关,并且所述静液式轴向活塞泵具有电子控制装置(48),与能要求的或要求的速度(vsoll)相关的第一电流(I1)的模型存储在所述电子控制装置中,其特征在于调整装置(52),所述调整装置设计为,使得通过该调整装置、根据第一电流(I1)和与之能对应的或对应的实际速度(vist)能够调整模型。
2.根据权利要求1所述的轴向活塞泵,其中,所述静液式轴向活塞泵设置用于在闭合的液压回路中与液压马达(32)流体连接。
3.根据权利要求1所述的轴向活塞泵,所述轴向活塞泵具有调节装置(50),通过所述调节装置能够调节实际速度(vist)与要求的速度(vsoll)的偏差。
4.根据权利要求3所述的轴向活塞泵,其中,所述调节装置(50)和所述控制装置(48)的第一输出值(I1fb、I1ff)通过第一算子(56)能结合或结合为第一电流(I1)。
5.根据权利要求3或4所述的轴向活塞泵,其中,所述调整装置(52)设计为,使得通过所述调整装置、根据第一电流(I1)和与之能对应的或对应的实际速度(vist)能够调整所述调节装置(50)的模型。
6.根据权利要求3或4所述的轴向活塞泵,其中,所述调整装置(52)设计为,使得通过所述调整装置能够调整控制装置(48)的模型和调节装置(50)的模型,从而调节装置(50)的第一输出值(I1fb)能够最小化,接近零或是零。
7.根据权利要求3或4所述的轴向活塞泵,其中,所述调节装置(50)设计为能去激活的。
8.根据权利要求7所述的轴向活塞泵,其中,所述调节装置(50)设计为在调整运行或调试后能去激活的。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的轴向活塞泵,其中,所述调整装置(52)设计为能去激活的。
10.根据前述权利要求9所述的轴向活塞泵,其中,所述调整装置(52)设计为在调整运行或调试后能去激活的。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的轴向活塞泵,其中,所述调整装置(52)具有至少与第一电流(I1)和能对应的或对应的实际速度(vist)相关进行调整的中断条件。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的轴向活塞泵,其中,相应的模型分别具有静态部分和动态部分。
13.具有轴向活塞泵(1)的静液式行驶驱动器,所述轴向活塞泵是根据前述权利要求中任一项设计的轴向活塞泵,并且在液压回路中与液压马达(32)流体连接,其中所述轴向活塞泵(1)与驱动机器耦合或能耦合,并且所述液压马达(32)与输出件耦合或能耦合。
14.根据权利要求13所述的静液式行驶驱动器,其中,所述轴向活塞泵(1)在闭合的液压回路中与液压马达(32)流体连接。
15.用于控制根据权利要求1至12中任一项所述的轴向活塞泵(1)和/或根据权利要求13或14所述的行驶驱动器(26)的方法,具有如下步骤:
- 基于模型地获知至少一个与要求的速度(vsoll)对应的第一电流(I1),
- 因此操控第一电磁体(a),
其特征在于如下步骤:
- 根据实际速度(vist)和至少第一电流(I1)调整模型。
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